《中国通史》

第四卷 中古时代·秦汉时期(上册)·第六节 机 械

  
第六节 机 械 农业机械

  农业机械方面,牛耕的推广是社会生产力发展中的一件大事。汉武帝时推广大型铁农具,牛耕得到进一步普及。所谓“耦耕”,当是两牛抬扛合引一犁的耕作方式。汉代畜力犁已采用犁壁,从山西平陆等地汉墓出土的犁耕图看,犁由犁辕、犁梢、犁底、犁铧、犁壁组成,并可用犁箭调节耕地深浅,已基本定型。长江中、下游,在西汉时期农业生产还比较落后,如《史记》所说:“饭羹鱼,或火耕而水耨。”东汉以后,南方逐步推广水利与牛耕,并普及东北、西北和西南的部分地区。

  由赵过倡制的三脚耧,是武帝时期推广应用的先进播种机械。它有三条耧脚,下套三个小铧,用来开沟;每两脚间为一田垄;由闸板调节耧斗开口,以控制种子流量;耧后拖挂一木棒,木棒下端为方木框,横放垄上,一次可完成开沟、下种、覆盖等工序。这可以说是最早的畜力播种机。《盐铁论》说:“铁器,民之大用也。”又说:“器便于不便,其功相计而倍也。”这正是汉代对使用农业机械和先进农具的正确认识。

   扬水机械和风扇车

  在扬水机械方面,除使用桔槔和辘轳外,到东汉毕岚已发展为翻车。《后汉书·宦者·张让传》记载:中平三年(公元186年)“又使掖庭令毕岚铸铜人四,……又作翻车、渴乌,施于桥西,用洒南北郊路,以省百姓洒道之费。”翻车主要是应用链传动的原理,将低处的水提升到高处,可用于灌溉和排水等。它在当时是世界上最先进的扬水机械。

  西汉时,我国已经使用了轮扇。《西京杂记》记载:“长安巧工丁缓……作七轮扇,连七轮,大皆径丈,相连续。一人运之,满堂寒颤。”1973年河南济源县西汉晚期墓葬中出土了陶风扇车明器。这说明至迟在西汉晚期,已经发明了谷物脱粒后,清理籽粒,分出糠粃的风力机具。它把轮扇连续扇风以及籽粒重则沉、粃轻则飏的经验巧妙地结合起来,应用于一个机械之中,确是一种新颖的创造。在辽阳三道壕东汉晚期古墓的壁画上还有另一种玩具风车。

   水碓

  用脚踏碓来舂米,发明很早。东汉时桓谭《新论》载有水碓,已利用水力驱动水碓。南阳地区又用水力来驱动鼓风器,称为“水排”,更是机械史和冶金史上的重大发明。欧洲十六世纪用水力鼓风,对当时的钢铁生产曾起了很大作用。中国“水排”的使用比欧洲早一千七、八百年。由于它“用力少,见功多”,逐步得到推广,直到近代,在东南、西南等地区仍有使用于炼铁的。水排是根据水碓凸轮传动的原理,使水碓通过曲柄摇杆、绳、绳轮和鼓风器联接而创制的,是中国最早的具有动力机、传动机构和工作机的机器。据《后汉书·杜诗传》记载,南阳太守杜诗注意冶铁生产,兴修水利,“造作水排”,对这一鼓风机械的推广应用,起了促进作用。

   候风地动仪

  汉代在机械方面的另一杰出成就,是张衡发明的着名的候风地动仪。中国古代对地震这一自然灾变早有认识,有世界上最丰富的地震记录,从而产生了创制地震仪的科学构想。张衡生于东汉章帝建初三年(公元78年),《后汉书·五行志》载,从公元92年起,连年发生地震,出现地裂、山崩等灾变。正是在这种地震频仍和战国以来机械学发展的基础上,经过刻苦的钻研、摸索,张衡在阳嘉元年(公元132年)制成了世界上第一台地震仪(候风地动仪),比欧洲同类仪器早一千七百年。据《后汉书·张衡传》,候风地动仪是用精铜铸造,形似酒樽,直径约1.94米,高约2.72米的大型仪器。器内正中立有“都柱”,周围有八条滑道(“八道”),装有八组杠杆。樽体周围按东、南、西、北、东北、东南、西北、西南八个方向排列铸有八个龙头,分别对应“八道”。龙头口含铜丸,下蹲八个张口向上的铜制蟾蜍。它的原理和现代倒立式震摆相同。当地震震中较远时,由于体波(在地球内部传播的地震波)传播速度较快,首先被仪器接收,因惯性作用,都柱倾倒,通过杠杆作用,龙口张开,铜丸落入蟾蜍口中,发出响声,即可报知地震。文献记载及现代实验表明,这种装置能测得一、二级的无感地震。地动仪和张衡所制浑仪、浑象都设在洛阳灵台。有一次陇西发生地震,地动仪的西方龙口落下铜丸,从而作出正确的记录。过了几天,人们才从驿马邮传知道陇西地震的确讯。这证实了地动仪的准确性和可靠性,是符合科学原理的。它的结构和形象,由王振铎先生复原,现陈列在中国历史博物馆内。此外,张衡还发明了水运仪象(“作浑天仪,以漏水转之于室内”),这是我国第一台用水力作动力的天文仪器,又是最早的机械计时器。

  《西京杂记》记载:“汉朝舆驾祠甘泉汾阴,备千乘万骑。太什执辔,大将军陪乘,名为大驾。司南车,驾四,中道。……记道车,驾四,中道。”沈约所着《宋书》与《宋史》都说张衡制作过司南车,或称指南车。记道车又叫记里鼓车。它利用车轮的转动自动表示出车行的里数,和现代汽车上的里程表的作用相同。

   机械中转动原理的应用

  秦汉时期,机械中应用了凸轮传动、链传动、曲柄摇杆传动等原理,这是这一时期机械技术的重要成果。根据考古发掘所得的实物和文献记载,至迟在西汉就发明了齿轮,并且不久就应用了齿轮系①。1975年山西省永济县出土了两个铜齿轮,相互啮合较好。据同时出土的遗物推断,这两个齿轮至迟是西汉的遗物①。记里鼓车必是通过齿轮系传动实现准确可靠的记程,张衡的水运仪象和指南车也必是采用了齿轮系②。可见,汉代已对齿轮传动比有定量的认识,这是机械学的重大进步。秦汉时期掌握的几种基本的、重要的机械传动原理,为后世机械技术的发展打下了基础。

  《西京杂记》记载,西汉巧工丁谖作“被中香炉”,在任何位置均保持水平不致倾倒,其持平装置和现代陀螺仪的万向支架相似,反映出汉代机械学所达到的高度水平。

   机械与冶金技术的发展

  发明与应用机械,要求有相应的制造技术。金属零部件的采用对机械制造又提出了更高的要求。冶金技术的发展使金属切削加工技术进入了一个新的阶段。近年在河北满城一号汉墓中出土的五铢钱,其外圆上有车削或锉削的痕迹,刀花均匀,切削振动波纹清晰,椭圆度很小。同墓出土的器物中,还有铁锉、铁凿、三棱型青铜钻、青铜弩机和青铜箭头等。其中,青铜弩机的结构相当复杂,但加工精度和表面光洁度很高,青铜箭头经过了抛光。以上表明当时的金属加工已达到了一定的水平。秦始皇陵出土的铜车马不仅反映了当时高超的冶铸技术,也展示了各种机械联接方式,如镶铸、铸焊、对焊、钎焊、过盈联接、销联接、铆接以及精确的孔加工技术和装配技术。

  王莽时中国已有先进的测量工具,其结构和功能基本上与现代卡尺相同①。

  

  ①刘仙洲:《中国机械工程发明史》第一编,第93页,科学出版社1962年版。

  ①陆敬严、田淑荣:《中国古代齿轮新探》,同济大学科技情报站印。

  ②刘仙洲:《中国机械工程发明史》第一编,第93页,科学出版社1962年版。

  ①(英)李约瑟:《中国科学技术史》(英文版)第四卷第二分册,第61页。

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